贴片式复合模态型直线超声电机的仿真与试验评价

作     者：云浩 魏绍亮 原路生 张业明 YUN Hao;WEI Shaoliang;YUAN Lusheng;ZHANG Yeming

作者机构：河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000 南京航天航空大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2024年第43卷第14期

页      面：253-258,307页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：河南省科技攻关计划(202102210081) 

主　　题：超声电机 压电陶瓷 有限元仿真 死区 

摘      要：为了实现结构紧凑、低电压驱动、大推力输出以及高精密定位等性能目标,该研究提出了一种贴片式复合模态型直线超声电机。该电机的定子结构采用贴片式压电陶瓷作为激励单元,通过同时激发定子的B 12和B 2两种弯曲振动模态,实现了两个驱动足处的交替椭圆轨迹运动,借此利用摩擦力驱动动子进行直线运动。首先,应用有限元仿真软件COMSOL对定子的模态和频率响应进行了仿真分析。仿真结果表明,定子上两驱动足处能够实现预期的椭圆运动轨迹。随后,加工了电机的定子并进行了导纳测试,验证了有限元仿真的正确性。最后,制作了超声电机的原理样机,并通过一系列试验评估了其输出性能。试验结果表明:在100 Vpp电压和66.58 kHz频率条件下,电机的最大空载速度和最大推力分别达到了82.9 mm/s和0.52 N;在1.2 N的预压力作用下,电机的启动电压死区为12 Vpp;在周期为20的正弦波电压信号下,电机实现了2.1μm的步进位移。该研究为贴片式复合模态型直线超声电机的设计和应用提供了重要的理论与试验依据。